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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein Verbrennungsmotoren, insbesondere in Verbrennungsmotoren eingebaute Überwachungseinrichtungen. Weiterhin betrifft die Erfindung Sicherheitskonzepte für die Beherrschbarkeit von Fahrzeugen.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2004 014 368 A1 ist es bekannt, eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor in Ebenen zu strukturieren. Während eine erste Ebene der Motorsteuerung im Rahmen eines oder mehrerer Regelkreise basierend auf Sollwerten den Verbrennungsmotor in bestimmte Zustände überführt, überwacht eine zweite Ebene die Funktionsweise des Verbrennungsmotors, indem sie die durch die ersten Ebene bedingten Zustände des Verbrennungsmotors plausibilisiert. Bei Fahrzeugen mit einem auf diese Weise angesteuerten Verbrennungsmotor ist diese Überwachung Teil eines Sicherheitskonzeptes, das die Beherrschbarkeit des Fahrzeuges im Fehlerfall sicherstellt.
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Aus der
DE 10 2009 045 355 A1 ist ein Verfahren zum Durchführen eines Diagnoseverfahrens eines Motors mit mehreren Zylinderbänken bekannt. Dabei soll zunächst eine erste Zylinderbank betrieben werden, die ein Teil-Antriebsmoment bereitsstellt. Anschließend werden die übrigen Zylinderbänke betrieben und eine Diagnose durchgeführt.
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Aus der
DE 10 2006 057 743 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der Funktionssoftware von Steuergeräten in einem Steuergeräteverbund offenbart. Dabei sollen Ist- und Sollmomente der einzelnen Steuergeräte miteinander verglichen werden um eine Fehlfunktion der Steuergeräte zu erkennen.
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Aus der
DE 10 2010 038 995 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umschalten von einem Vollmotorbetrieb zu einem Teilmotorbetrieb bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Stuerergeräten bekannt.
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Aus der
DE 196 01 593 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Zündung in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt. Nach Absetzen einer Zündung wird das durch die zugehörige Verbrennung erzeuge Drehmoment überwacht und mit einem durchschnittlichen Drehmoment verglichen.
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Es besteht weiterhin Bedarf an Konzepten für die Überwachung der Momentenabgabe von Verbrennungmotoren, die mehrere Teilmotoren umfassen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Überwachen eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 sowie eine das Verfahren durchführende Steuervorrichtung, ein Verbrennungsmotor mit der Steuervorrichtung und ein Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotor gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen eines Verbrennungsmotors angegeben, wobei der Verbrennungsmotor basierend auf einem vorgegeben Wunschdrehmoment ein Gesamtdrehmoment erzeugt. Das angegebene Verfahren umfasst die Schritte Berechnen eines zulässigen Wertes für das Gesamtdrehmoment des Verbrennungsmotors, Bestimmen eines ersten vom ersten Teilmotor erzeugten Istdrehmomentes, Empfangen eines Wertes für ein zweites vom zweiten Teilmotor erzeugten Istdrehmomente, Berechnen eines Istwertes für das Gesamtdrehmoment basierend auf dem ersten und zweiten Istdrehmoment und Überwachen des Verbrennungsmotors durch Bestimmen, ob der Istwert für das Gesamtdrehmoment vom zulässigen Wert für das Gesamtdrehmoment abweicht.
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Dem angegebenen Verfahren liegt die Vorüberlegung zugrunde, dass ein Verbrennungsmotor aus mehreren Teilmotoren aufgebaut sein könnte. Jeder Teilmotor könnte dabei eine Zylinderbank mit einer bestimmten Anzahl an Zylindern umfassen, die von Steuervorrichtungen angesteuert werden könnten, die auch Motorsteuerungen genannt werden und den jeweiligen Zylinderbanken zugeordnetet sind. Dem angegebenen Verfahren liegt dabei weiter die Vorüberlegung zugrunde, dass jede Motorsteuerung dabei die Zustände ihres ihr zugeordneten Teilmotors beziehungsweise ihrer zugeordneten Zylinderbank plausibilisieren könnte, indem sie die Werte der von der jeweiligen Zylinderbank erzeugten Teildrehmomente mit den Werten der jeweils für die entsprechende Zylinderbank zulässigen Teildrehmomente vergleicht.
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Basierend auf diesen Vorüberlegungen liegt dem angegebenen Verfahren die Überlegung zugrunde, dass bei derartigen Verbrennungsmotoren mit mehreren Motorsteuerungen einzelne Zylinder oder gesamte Zylinderbänke abgeschaltet werden könnten, wenn der Verbrennungsmotor unter Teillast betrieben werden soll, so dass der Verbrennungsmotor mit weniger Kraftstoff betrieben werden kann. Die weiter brennenden Zylinder würden dann in einem höheren Lastpunkt arbeiten, um ein von einem Anwender, wie beispielsweise dem Fahrer eines den Verbrennungsmotor verwendenden Fahrzeuges, abgerufenes Wunschdrehmoment darzustellen. Dabei könnte es für einen optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors oder aus Umweltschutzgründen erforderlich sein, wechselweise verschiedene Zylinder oder ganze Zylinderbänke abzuschalten.
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Darauf basierend liegt dem angegebenen Verfahren die Erkenntnis zugrunde, dass das vom Anwender abgerufene Wunschdrehmoment von den beiden Teilmotoren nicht immer zu gleichen Teilen dargestellt werden müsste und/oder könnte. Dies macht die Berechnung der zulässigen Teildrehmomente und damit die Plausibilisierung, ob die von den Teilmotoren erzeugten und dargestellten Teildrehmomente ihre entsprechenden zulässigen Teildrehmomente nicht überschreiten, besonders in den Übergangsphasen schwierig, wenn einzelne Zylinder und/oder ganzen Zylinderbänke ab- oder/oder zugeschaltet werden. Zwar könnte die Berechnung eines zulässigen Teildrehmoments für die jeweils von einer Motorsteuerung kontrollierten Zylinder in den Übergangsphasen angepasst und zwischen den einzelnen Motorsteuerungen koordiniert werden, diese Anpassung und Koordination wäre jedoch nur mit einem sehr hohen technischen Aufwand umsetzbar.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Idee zugrunde, von der getrennten Überwachungen der einzelnen den Teilmotoren zugeordneten Motorsteuerungen zu einer Überwachung des gesamten vom Verbrennungsmotor dargestellten und erzeugten Drehmoments überzugehen. Bei einem Fahrzeug könnte beispielsweise das Gesamt-Vortriebsmoment betrachtet werden. Hierbei könnte ein Istwert des vom Verbrennungsmotor erzeugten Gesamtdrehmoment über alle Zylinder des Verbrennungsmotors mit einem zulässigen Wert für das Gesamtdrehmoment verglichen werden. Im Rahmen des angegebenen Verfahrens empfängt dazu eine, einen bestimmten Teilmotor steuernde Motorsteuerung die einzelnen Werte der Istdrehmomente der anderen Teilmotoren und berechnet basierend darauf den Istwert des Gesamtdrehmoment über alle Zylinder. Zudem berechnet die entsprechende Motorsteuerung einen zulässigen Wert für das Gesamtdrehmoment beispielsweise basierend auf einem Summendrehmoment der einzelnen empfangenen Istdrehmomente und dem durch den eigenen zugeordneten Teilmotor dargestellten Istdrehmoment und überprüft, ob der Istwert für das Gesamtdrehmoment diesen zulässigen Wert nicht überschreitet. Auf diese Weise kann die Funktionalität jedes einzelnen Teilmotors aber auch ihre Zusammenwirkung im Verbrennungsmotor in einfacher Weise überwacht werden.
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Durch das angegebene Verfahren können neben stationären Zylinder- und Teilmotorabschaltungen insbesondere auch komplexe Übergangsphasen zwischen dem Ab- und/oder Zuschalten einzelner Zylinder und/oder Teilmotoren wirkungsvoll überwacht werden.
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In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Berechnen des zulässigen Wertes für das Gesamtdrehmoment des Verbrennungsmotors basierend auf dem vorgegebenen Wunschdrehmoment und einem durch den Verbrennungsmotor zu überwindenden Verlustdrehmoment. Auf diese Weise kann der zulässige Wert für das Gesamtdrehmoment nicht nur in einfache Weise genau bestimmt werden, die Bestimmung kann auch in jeder einzelnen, das angegebene Verfahren durchführenden Motorsteuerung gleich durchgeführt werden, der das Wunschdrehmoment intern vorliegt.
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In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist der erste Teilmotor eine erste Zylinderbank und der zweite Teilmotor eine zweite Zylinderbank auf und das Gesamtdrehmoment umfasst ein erstes von der ersten Zylinderbank erzeugtes Teildrehmoment und ein zweites von der zweiten Zylinderbank erzeugtes Teildrehmoment.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung erzeugt die erste Zylinderbank das erste Teildrehmoment basierend auf einer ersten Anzahl an Zylindern und die zweite Zylinderbank das zweite Teildrehmoment basierend auf einer zweiten Anzahl an Zylindern. Die Anzahl der Zylinder kann dabei zwischen Null und der Gesamtzahl der Zylinder einer jeden Zylinderbank liegen. Diese Anzahl kann für beide Zylinderbänke gleich sein.
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Alternativ kann die erste Anzahl an Zylindern von der zweiten Anzahl an Zylindern verschieden sein. In diesem Fall ist das angegebene Verfahren besonders wirkungsvoll, da sich ungeachtet der verschiedenen Anzahl an operierenden Zylindern in den einzelnen Zylinderbänken die Grundlage für die Plausibilisierung, das heißt der zulässige Wert für das Gesamtdrehmoment, in gleicher Weise berechnen lässt, wenn das Wunschdrehmoment des Fahrers in der entsprechenden Motorsteuerung vorliegt. Mit dem angegebenen Verfahren kann die Plausibilisierung damit redundant durchgeführt werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Ergebnisse der Plausibilisierung erhöht wird.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Berechnen eines Istwertes für das Gesamtdrehmoment basierend auf einem Istdrehmoment aus einem mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung stehenden Elektromotor. Durch das angegebene Verfahren lässt sich die Plausibilisierung auch ohne größere technischen Aufwand auf Fahrzeuge mit Hybridsystemen erweitern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, eines der angegebenen Verfahren durchzuführen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die angegebene Steuervorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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In einer anderen Weiterbildung umfasst die angegebene Steuervorrichtung einen Eingang zum Empfangen des Wunschdrehmoment und einen Ausgang zum Leiten des ersten Istdrehmomentes zu einer weiteren Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, den zweiten Teilmotor zu überwachen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verbrennungsmotor zum Erzeugen eines Gesamtdrehmomentes basierend auf einem von einem ersten Teilmotor erzeugten ersten Teildrehmoment und einem von einem zweiten Teilmotor erzeugten zweiten Teildrehmoment den ersten Teilmotor, den zweiten Teilmotor und eine angegebene Steuervorrichtung zum Ansteuern des ersten Teilmotors.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug einen angegebenen Verbrennungsmotor zu seinem Antrieb.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Verbrennungsmotors; und
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2 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor aus 1.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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In den Figuren werden Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht eines beispielhaften Verbrennungsmotors 2 zeigt.
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Der Verbrennungsmotor 2 ist in der vorliegenden Ausführung in ein nicht weiter dargestelltes Fahrzeug eingebaut und treibt über eine nicht weiter dargestellte Welle Räder des Fahrzeuges an. Dazu erzeugt der Verbrennungsmotor 2 ein die Welle antreibendes Gesamtdrehmoment.
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Das Gesamtdrehmoment wird im Verbrennungsmotor 2 von einem ersten Teilmotor 4 und einem zweiten Teilmotor 6 erzeugt, die entsprechend von einer ersten Motorsteuerung 8 und einer zweiten Motorsteuerung 10 angesteuert werden. Die erste Motorsteuerung 8 wird in der vorliegenden Ausführung als Master-Steuerung betrieben, die von einem elektronischen Gaspedal 12 ein Wunschdrehmoment 14 von einem das Gaspedal 12 betätigenden Anwender erhält und basierend auf dem Wunschdrehmoment 14 den ersten Teilmotor 4 mit Stellsignalen 16 ansteuert. Die zweite Motorsteuerung 10 wird in der vorliegenden Ausführung als Slave-Steuerung betrieben, die von der als Master-Steuerung arbeitenden ersten Motorsteuerung 8 gesteuert wird und bei Bedarf ein Sollteilmoment 15 erhält, dass der zweite Teilmotor 6 erzeugen soll. Basierend auf dem Teilsollmoment 15, steuert die zweite Motorsteuerung 10 den zweiten Teilmotor 6 mit entsprechenden Stellsignalen 16 an.
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Jeder Teilmotor 4, 6 weist in der vorliegenden Ausführung eine Drosselklappe 18 und sechs Zylinder 20 auf, die in einer dem Fachmann bekannten Weise über die Stellsignale 16 entsprechend von der ersten und zweiten Motorsteuerung 8, 10 angesteuert werden. Dabei können die Motorsteuerungen 8, 10 an ihren Teilmotoren 4, 6 entweder alle Zylinder 20 oder nur einen Teil der Zylinder 20 ansteuern, um ihren Teil des Gesamtdrehmomentes zu erzeugen. Dabei müssen die beiden Teilmotoren 4, 6 das Gesamtdrehmoment nicht zwangsläufig zu gleichen Teilen erzeugen. Es ist denkbar, dass beispielsweise nur einer der beiden Teilmotoren 4, 6 das Gesamtdrehmoment erzeugt, oder dass die beiden Teilmotoren 4, 6 das Gesamtdrehmoment mit einer unterschiedlichen Anzahl an Zylindern 20 erzeugen.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht der ersten Motorsteuerung 8 für den Verbrennungsmotor 2 aus 1 zeigt.
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Die Motorsteuerung 8 ist in eine erste Ebene 22 und eine zweite Ebene 24 untergliedert. Beide Ebenen können softwaretechnisch realisiert sein und durch ein und denselben Rechner bearbeitet werden. Als Steuerungsebene 22 wird dabei die erste Ebene 22 bezeichnet, der die eigentlichen Steuerungsfunktionen des Verbrennungsmotors 2 wahrnimmt. Als Überwachungsebene 24 wird die zweite Ebene 24 bezeichnet, die die Überwachung der Steuerungsebene 22 übernimmt.
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Zunächst wird die Steuerungsebene 22 beschrieben.
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Das vom Gaspedal 12 abgeleitete Wunschdrehmoment 14 kann in der vorliegenden Ausführung zunächst in einer Teilungseinrichtung 26 in das Teilsollmoment 15 für die zweite Motorsteuerung 10 und in ein weiteres Teilsollmoment 28 aufgeteilt werden, das mit dem ersten Teilmotor 4 umgesetzt werden soll. Während das Teilsollmoment 15 für die zweite Motorsteuerung 10 über eine Schnittstelle 30 an die zweite Motorsteuerung 10 wie in 1 gezeigt übertragen werden kann, kann das vom ersten Teilmotor 4 umzusetzenden Teilsollmoment 28 an eine Berechnungseinrichtung 32 weitergeleitet werden, die aus dem umzusetzenden Teilsollmoment 28 eine Sollluftmasse 34 und eine Sollmenge 36 an Kraftstoff ermittelt, die einer nicht gezeigten Brennkammer des Verbrennungsmotors 2 zur Erzeugung des Teilsollmoments 28 zugeführt werden muss.
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Während die Sollluftmasse 34 wird mit einer Füllungssteuerung 38 der Brennkammer des Verbrennungsmotors 2 in einer an sich bekannten Weise zugeführt wird, wird die Sollmenge 36 an Kraftstoff der Brennkammer des Verbrennungsmotors 2 über ein Einspritzsteuerung 40 zugeführt.
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Nachstehend wird die Überwachungsebene 24 näher beschrieben.
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In der Überwachungsebene 24 berechnet eine Kraftstoffkorrektureinheit 42 basierend auf der Sollmenge 36 an Kraftstoff in einer an sich bekannten Weise ein Luftmassensignal 44, welches in einer ersten Momentenberechnungseinheit 46 zur Berechnung eines Ist-Moments 48 des Verbrennungsmotors 2 herangezogen wird.
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Die erste Momentenberechnungseinheit 46 berechnet das Ist-Moment 48 des Verbrennungsmotors 2 basierend auf einem Ist-Moment des ersten Teilmotors 4 unter Zuhilfenahme des Luftmassensignals 44 und eines über eine Zündwinkelmesseinrichtung 50 gemessenen Zündwinkels 52. Zu diesem Ist-Moment des ersten Teilmotors 4 addiert die erste Momentenberechnungseinheit 46 ein Ist-Moment 54 des zweiten Teilmotors 6, dass über eine weitere Schnittstelle 56 empfangen wird. Optional kann in das Ist-Moment 48 des Verbrennungsmotors 2 auch noch das Ist-Moment 58 aus einem nicht weiter dargestellten Elektromotor einfließen, wenn der Verbrennungsmotor 2 gemeinsam mit dem Elektromotor in einem Hybridsystem betrieben wird. Das Ist-Moment 58 des Elektromotors kann ebenfalls über die weitere Schnittstelle 56 empfangen werden, die optional auch mit der Schnittstelle 30 zusammenfallen kann.
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Weiterhin wird in einer zweiten Momentenberechnungseinheit 60 ausgehend vom Wunschdrehmoment 14 aus dem Gaspedal 12 unter Berücksichtigung einer mit einem Drehzahlsensor 62 gemessenen Drehzahl 64 und externer Momentenanforderungen 66 durch Hilfsaggregate 68 ein zulässiges Moment 70 für den Verbrennungsmotor 2 berechnet.
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Das in der ersten Momentenberechnungseinheit 46 berechnete Ist-Moment 48 des Verbrennungsmotor 2 und das in der zweiten Momentenberechnungseinheit 60 berechnete zulässige Moment 70 für den Verbrennungsmotor 2 werden einer Vergleichseinheit 72 zugeführt, die die beiden Momente 48, 70 miteinander vergleicht.
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Ein Vergleich dieser beiden Momente 48, 70 liefert daher eine Plausibilisierung der gesamten Berechnung der Motorsteuersignale 34, 36. Für den Momentenvergleich ist es dabei ausreichend sicherzustellen, dass das Ist-Moment 48 geringer ist als das zulässige Moment 70, da eine unkontrollierte Erhöhung des Ist-Moments 48 zu gefährlichen Fahrzuständen eines Kraftfahrzeugs, das mit dem Verbrennungsmotor 2 betrieben wird, führen kann.
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Im Falle eines unkontrolliert überhöhten Ist-Moments 48 kann die Überwachungsebene 24 ein Steuersignal 74 ausgeben, auf dass die erste und/oder zweite Teilmotorsteuerung 8, 10 in beliebiger Weise reagieren kann.
